压电效应的原理及应用资料.docVIP

压电效应的原理及应用 引言 压电效应最初由法国物理学家皮埃尔.居里（Pierre.Curie)和雅各布.居里(Jacob.Curie)于1880年的一次实验中发现。压电效应是指当某些晶体受到机械力而发生拉伸或压缩时，晶体相对的两个表面会出现等量的异号电荷，这种现象就叫做压电效应，具有压电效应的晶体介质叫做压电体。根据压电效应的物理作用效果不同，还分为正压电效应和逆压电效应。当前，在家用电器以及谐振器件、滤波器件以及电子传感技术之中，压电效应具有广泛的应用。目前，基于压电效应的传感器已经普及并且应用于社会生产各个方面。因此对于压电效应以及压电材料的基础研究具有理论和实际意义。压电学的发展已经有100多年的历史,到目前为止,国内外学者对一次压电效应进行了大量的理论与应用研究,但只有少数学者提到了二次压电效应。近年来,应用一次压电效应理论设计的压电类传感器与执行器的应用领域越来越广阔,压电效应的基础理论研究也有了较大发展。本文通过理论与应用等方面的分析,在晶体众多的已知效应中发现,电磁效应与压电效应具有极大的相似性与可比性,可以进行对比研究,从而为压电效应的基础理论与应用的进一步研究探索出一条新途径。 1880年法国物理学家皮埃尔.居里（Pierre.Curie)和雅各布.居里(Jacob.Curie)兄弟实验中发现:当某些晶体受到机械力而发生拉伸或压缩时,晶体相对的两个表面会出现等量的异号电荷。科学家把这种现象叫做压电现象。具有压电现象的介质,称之为压电体。当前，在家用电器以及谐振器件、滤波器件等电子传感技术之中，压电效应具有广泛的应用。目前基于压电效应的传感器已经普及并且应用于社会生产各个方面。因此对于压电效应以及压电材料的基础研究具有理论和实际意义。随着电子技术与材料科学方面的飞速发展，相信对于压电效应的进一步研究开发会有更多的创新，为人类带来创新科技的福音。 1.压电效应的简介 压电效应是指当某些晶体受到机械力而发生拉伸或压缩时，晶体相对的两个表面会出现等量的异号电荷，这种现象就叫做压电效应，具有压电效应的晶体介质叫做压电体。根据压电效应的物理作用效果不同，还分为正压电效应和逆压电效应。当前，在家用电器以及谐振器件、滤波器件等电子传感技术之中，压电效应具有广泛的应用。目前基于压电效应的传感器已经普及并且应用于社会生产各个方面。 2.压电效应的分类 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应两类。 正压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。 逆压电效应：当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。 3. 压电材料种类 （1）石英晶体:：通过人工掉拉发法制成铌酸锂大晶块，是一种单晶体,为无色或淡黄色。时间稳定性远比晶体的压电陶瓷高,在耐高温的传感器上有广泛的应用前景。 （2）压电陶瓷：是人工制造的多晶压电材料，在无外电场作用时,压电陶瓷内的某些区域中正负电荷重心的不重合,形成电偶极矩。各个电畴在压电陶瓷内杂乱分布,由于极化效应被相互抵消,使总极化强度为零,呈电中性,不具有压电特性。如果在压电陶瓷上施加外电场,电畴的方向将发生转动,使之得到极化,当外电场强度达到饱和极化强时,所有电畴方向将趋于一致。去掉外电场后,电畴的极化方向基本不变,即剩余极化强度很大,这时才具有压电特性。 （3）钛酸钡压电陶瓷：由碳酸钡和二氧化钛按一定比例混合后烧结而成。它的压电系数约为石英的50倍,但使用温度低最高只有70℃ （4）压电复合材料：由两相或多相材料复合而成，兼有压电陶瓷和聚合材料的优点,与传统的压电陶瓷或与压电单晶相比,它具有更好的柔顺性和机械加工性能,克服了易碎和不易加工成形的缺点,且密度小,声速低,易与空气、水及生物组织实现声阻抗匹配。 4.压电效应的实验设计 （1）实验原理 正压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。 逆压电效应：当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。 （2）实验装置 自制压电陶瓷实验仪、压电陶瓷点火器和声控开关 电路连接图： （3）实验内容 ①：观察逆压电效应。把功能转换开关拨向“逆压电”一侧, 把压电陶瓷片接入逆压电一侧的插口,接通电源,此时音乐片上的集成电路便把声音电信号加在压电陶瓷片上奏响。然后把功能转换开关拨至“正压电”一侧,音乐片在奏完一段